带自控翼穿浪双体船纵向运动研究

减小穿浪双体船在波浪上的纵向运动对提高其性能具有非常重要的意义。本文在传统固定水翼和尾压浪板的基础上引入自控翼系统,根据切片理论,利用Matlab编程计算穿浪双体船的纵向运动。根据计算和试验结果分析得到水翼的最佳运动控制方式,进而得到穿浪双体船带自控翼时的纵向运动。对比结果表明,自控翼系统可以较大地减小穿浪双体船的纵摇幅值。     

穿浪双体船中间艏平首结构的工程应用研究

穿浪双体船的中间艏采用平首结构,可以为驾驶员提供首部宽度参照,在航行或靠泊的操船过程中对水下片体进行保护。将常规双体船的平首结构应用到穿浪双体船中,形成一种国内特有的杂交穿浪双体船型,通过对穿浪双体船中间艏线型改型和模型的耐波性试验,结合平首结构的施工工艺设计和结构强度分析,解决了平首结构在穿浪双体船上的工程应用问题,为同类型穿浪船的研制提供了可借鉴的经验。     

高速轻型穿浪双体船船型及性能试验研究

开展了140 t级高速穿浪双体船船型研究及阻力、耐波性系列模型试验,比较分析了三种典型穿浪船船型阻力、纵向运动性能的差别,确定了综合性能最佳的型线方案.对优选的型线方案,进一步开展了航态优化试验、变间距比、变长宽比、变重心纵向位置的阻力对比试验,不同间距比的静水横摇及不规则波横摇试验.指出了高速轻型穿浪双体船阻力和耐波性能的影响因素及其变化规律.     

一种船舶姿态控制系统样机方案设计

船舶在高速航行状态下的耐波性易受到波浪影响，姿态控制系统是提高船体在高速航行状态下耐波性的重要手段，论文提出一种穿浪双体船姿态控制系统样机设计方案，该系统的控制附体包括 T 型水翼和两个压浪板，控制附体均采用液压方式进行控制，并实现了样机研制，验证了方案的可行性，为船舶姿态控制系统研制提供参考。     

穿浪双体船总体设计载荷研究

为了比较分析不同高速船规范的适用性,根据DNV、ABS、CCS和LR规范中关于高速双体船波浪载荷的评估方法,分别对一高速穿浪双体船进行了总体波浪设计载荷的评估。同时对该穿浪双体船进行了水池模型试验,包含规则波与不规则波的试验。试验对该双体船的纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩进行了测量,分析了其传递函数和统计特性。根据对纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩在规范与试验之间的比较分析表明,DNV规范中关于该穿浪双体船总体波浪设计载荷的评估与模型试验值最接近,CCS规范次之,ABS和LR规范中关于该穿浪双体船的总体波浪设计载荷的评估值较试验值大很多,尤其是横向波浪设计载荷的评估。通过对规范计算的总体波浪载荷与模型试验结果及其推断值的比较分析,进一步明确了现行规范对该双体船波浪设计载荷评估的适用性:采用DNV和CCS规范对该双体船进行结构设计是合理的;采用ABS和LR规范将偏于安全和保守。     

穿浪双体船总体设计载荷研究

为了比较分析不同高速船规范的适用性,根据DNV、ABS、CCS和LR规范中关于高速双体船波浪载荷的评估方法,分别对一高速穿浪双体船进行了总体波浪设计载荷的评估.同时对该穿浪双体船进行了水池模型试验,包含规则波与不规则波的试验.试验对该双体船的纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩进行了测量,分析了其传递函数和统计特性.根据对纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩在规范与试验之间的比较分析表明,DNV规范中关于该穿浪双体船总体波浪设计载荷的评估与模型试验值最接近,CCS规范次之,ABS和LR规范中关于该穿浪双体船的总体波浪设计载荷的评估值较试验值大很多,尤其是横向波浪设计载荷的评估.通过对规范计算的总体波浪载荷与模型试验结果及其推断值的比较分析,进一步明确了现行规范对该双体船波浪设计载荷评估的适用性:采用DNV和CCS规范对该双体船进行结构设计是合理的;采用ABS和LR规范将偏于安全和保守.     

高速轻型穿浪双体船纵向运动改善措施研究

针对在改善高速轻型穿浪双体船(WPC)迎浪中波长与船长接近时纵向运动幅度较大的缺点,采用了理论计算与模型试验相结合的方法,对250 t级穿浪双体船开展了水翼改善纵向运动的理论和试验研究,分析了水翼形式、尺度和安装位置等对纵向运动的影响规律。数值计算和试验结果的比较表明,计及水翼—船体水动力干扰影响的切片理论可满足WPC加水翼后波浪中纵向运动计算的需要,但在纵向运动响应峰值处数值计算结果偏高。模型试验表明,250 t级WPC加装水翼后,迎浪纵摇和垂荡有义幅值可减少20%～30%。     

铝合金穿浪双体船波激振动响应计算研究

对穿浪型双体船在波浪中航行时的受载状况进行研究,采用规则波理论计算其所受波浪外载荷。利用有限元法建立了铝合金穿浪双体船波激振动响应数值计算模型。基于水弹性理论,采用所建立的数值模型对某全铝合金穿浪双体船高海情试验进行了数值模拟,将数值模拟结果与实船试验数据进行了比较,证明本文方法可靠。进行了该船受6级海况波浪激励的振动响应计算,发现全铝合金穿浪双体船波激振动位移响应较大,远大于常规单体船。还发现高海情中航行时的波激振动应力响应值亦较大。     

穿浪双体船T型水翼状态反馈H∞控制器设计

穿浪双体船在海洋中高速航行时,纵向运动会对其性能造成不利影响,产生的垂向加速度使乘员晕船,设备短期失效。为了解决此问题,首先建立穿浪双体船纵摇和垂荡运动模型,然后运用切片理论求解运动方程中的水动力系数,将随机海浪作为外界干扰,以T型水翼为纵向运动稳定装置,进而建立带T型水翼的穿浪双体船纵向运动模型。最后以90 m长的穿浪双体船为研究对象,利用状态反馈H∞控制策略设计控制器,对船体的纵摇和垂荡进行仿真实验。结果表明:状态反馈H∞控制器可有效地减小船舶纵向运动,降低晕船率,为减小高速船纵向运动提供可靠实用的方法。     

穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及总阻力预报方法

文章在30～60米级穿浪双体船系列模型试验研究和实船设计的基础上,对影响穿浪双体船剩余阻力的相关因素进行分析.其中片体瘦削系数L/△<'1/3>、片体间距比K/b和艉扰流板深度h对于穿浪双体船的剩余阻力影响显著,实船设计中存在最佳状态.文中对模型试验数据进行分析整理,绘制了不同片体间距比下的剩余阻力系数图谱,提出了一种基于模型试验的穿浪双体船总阻力预报方法,计算实例表明该方法在设计初期缺少模型试验的情况下,能够较准确、高效地预报穿浪双体船的总阻力,对穿浪双体船参数的优化和快速性预报有一定的工程实用价值.     

AUV均衡系统设计及垂直面运动控制研究

针对AUV传统均衡调节系统存在难以克服的缺陷而无法实用的问题,设计了一种新型液压均衡系统。该系统主要由油箱和安装在AUV轴线上的两个油囊组成,通过调节油箱和油囊的油量来调节AUV的姿态和浮态。同时在简化AUV垂直面运动模型的基础上,构建了深度控制、纵倾控制和浮态控制模型,并基于PID和均衡系统设计了深度控制、纵倾控制和浮态控制方法。仿真结果表明在无干扰和有干扰两种情况下,设计的均衡系统能有效控制AUV的垂直面运动;建立的AUV垂直面运动控制模型符合AUV运行特性;PID控制算法适合海流干扰下的AUV均衡控制,且具有良好的控制品质。     

三体船分段模型波浪载荷试验研究

三体船的主体与连接桥结构的波浪载荷特性是船舶结构设计者非常关注的问题,目前对于这些载荷特性进行较为全面的模型试验研究在国内很少。该文在拖曳水池和方形水池开展了某三体船的分段模型试验,详细介绍了分段模型的设计原则,对于纵向载荷和横向载荷的测量采用不同的分段布置形式。通过对试验数据的分析及与理论计算的对比,对三体船横摇运动非线性修正方法加以改进,同时研究了该三体船的船舯横剖面和连接桥纵剖面的波浪载荷特征,得出了一些结论,为船舶结构设计提供了确定设计载荷的依据。     

Estimation of springing response for 550 000 DWT ore carrier

The desire to benefit from economy of scale is one of the major driving forces behind the continuous growth in ship sizes. However, models of new large ships need to be thoroughly investigated to determine the carrier’s response in waves. In this work, experimental and numerical assessments of the motion and load response of a 550,000 DWT ore carrier are performed using prototype ships with softer stiffness, and towing tank tests are conducted using a segmented model with two schemes of softer stiffness. Numerical analyses are performed employing both rigid body and linear hydroelasticity theories using an in-house program and a comparison is then made between experimental and numerical results to establish the influence of stiffness on the ore carrier’s springing response. Results show that softer stiffness models can be used when studying the springing response of ships in waves.     

悬停系统运行品质对潜艇悬停操纵的影响

为满足潜艇水下悬停的战术需求,潜艇悬停系统必须控制潜艇按规定的稳定精度悬停在指令深度上,因此悬停系统运行品质对潜艇能否顺利完成战术任务较为重要。以模型潜艇为研究对象,在潜艇悬停运动基本数学模型、海洋环境干扰力模型和悬停水舱注排水控制模型的基础上进行仿真计算,研究悬停系统运行品质的3个关键指标,即流量计误差、悬停水舱注排水速率和最小注排水量对潜艇悬停操纵的影响,分析悬停系统运行品质与悬停稳定性之间的逻辑关系,研究结论可为悬停系统关键指标的设计优化和潜艇操艇系统的性能改进提供有益参考。     

A design for ship stabilization by activated antiroll tanks

An activated antiroll tank system design for ship roll reduction was investigated. Considering the dynamics of the ship motion, tank flow, and variable-pitch impeller, a control law is derived based on optimal control and estimation theory. Finally, a series of numerical computations for a 1174 tonne ship without an antiroll tank system, with a passive tank system, and with the proposed activated antiroll tank system is performed. The results show that the proposed activated tank system has superior antiroll properties for free rolling, regular, and irregular sea loads to the passive tank system. In addition, this design has a very low sensitivity to variations in ship and tank dynamics. It shows that the proposed system is reliable and valid for practical use.     

基于分布式智能的船舶电力推进系统运行控制与管理策略研究

运行控制和管理策略是船舶电力推进控制系统设计的核心技术,是实现船舶电力推进控制系统自动化、网络化、信息化的基础.本文对基于分布式智能船舶电力推进系统的运行特征进行了分析,梳理推进系统设备以及与其它系统之间的控制逻辑,研究了满足任务需求的电力推进系统运行控制和管理策略及体系结构.为水面船舶电力推进监控系统标准化设计奠定了良好的基础.     

双体船尾压浪板伺服系统重复控制研究

为了解决WPC（穿浪双体船）尾压浪板的高精度位置控制问题,将重复控制应用在伺服系统中充当控制器,通过设计的重复控制PID控制器,使得WPC尾压浪板位置伺服系统具有高精度及鲁棒性好的特点,且具有较好的动态性能和稳态性能。针对PMSM（三相永磁同步电机）做了重复控制PID系统的仿真分析,并与常规PID控制作比较。仿真结果表明,重复控制PID控制可有效提高位置伺服系统精度,且使系统具有更强的鲁棒性,在动态和稳态性能方面都表现出较大优势。     

55万吨矿砂船弹振响应分析（英文）

The desire to benefit from economy of scale is one of the major driving forces behind the continuous growth in ship sizes. However, models of new large ships need to be thoroughly investigated to determine the carrier's response in waves. In this work, experimental and numerical assessments of the motion and load response of a 550,000 DWT ore carrier are performed using prototype ships with softer stiffness, and towing tank tests are conducted using a segmented model with two schemes of softer stiffness. Numerical analyses are performed employing both rigid body and linear hydroelasticity theories using an in-house program and a comparison is then made between experimental and numerical results to establish the influence of stiffness on the ore carrier's springing response. Results show that softer stiffness models can be used when studying the springing response of ships in waves.     

基于神经网络的围网渔船横摇运动研究

为了快速预报一艘65 m的围网渔船在任意载况规则波中横摇运动频率响应函数及不规则波中各海况下的横摇角有义值,应用神经网络的原理和算法,以该船7种实际航运载况的耐波性计算数据为训练样本,建立满足精度要求的围网渔船横摇运动神经网络预估模型。并分析吃水、重心高度、航速和浪向对横摇运动的影响。该模型可应用于风浪中船舶航行安全性评估。